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《电路基础》第3章 电阻电路的一般分析方法


iSn1 iS1 iS6
iSn2 0
iSn2 uS R5 iS6
Gii : 结点 i 的自电自导电,导等总于接为在正该,结互点电上导所有总支为路负的。电
导之和。
Gij : 结点 i 与结点 j 之间的互电导,等于接在结点i 与结点 j
之间的所有支路流的入电结导点之取和正。号,流出取负号。
iSni : 流入结点 i 的所有电源电流的代数和。
i2 iS
为已知电流,实际减少了一方程
(R1 R4 )i1 (R1 R2 )i2 (R1 R2 R3 R4 )i3 0
RS
R1
R2
i2
+
iS
US _
i1 R4
i3
选择支路R1、R2、R4为树支
R3
与电阻并联的电流源,可做电源等效变换
I
I
IS R
+
转换
RIS
_
R
4. 受控电源支路的处理
第三章 电阻电路的一般分析
3.1支路电流法 3.2回路电流法和网孔法 3.3节点电压法 3.4电路的等效变换 3.5叠加定理 3.6等效电源定理 3.7最大功率传输定理
电阻电路电路的一般分析方法特点
(1) 普遍性:对任何线性电路都适用。 (2) 系统性:计算方法有规律可循。
方法的基础
(1)电路的连接关系—KCL,KVL定律。 (2)元件的电压、电流关系特性。
支路电流法的特点
支路法列写的是 KCL和KVL方程, 所以方程列写 方便、直观,但方程数较多,宜于在支路数不多的情况 下使用。
例1 求各支路电流及电压源各自发出的功率。
I1 7
+ 70V

a
I2
1 11
+
6V
2

b
I3 解 (1) n–1=1个KCL方程: 7 结点a: I1 I2 I3 0
列写方程
结点电压法列写的是结点上的KCL方程, 独立方程数为:
(n 1)
与支路电流法相比,方
程数减少 b- (n-1) 个。
说明 任意选择参考点:其它结点与参考点的电压差即是结 点电压(位),方向为从独立结点指向参考结点。
uA-uB
uA
2. 方程的列写
(1) 选定参考结点, 标 明 其 余 n-1 个 独立结点的电压

G11 un1 G12un2 G u 1(n1) n(n1) iSn1


G21 un1 G22un2 G2( u n1) n(n1) iSn2

G(n1)1 un1 G(n1)2un2 G(n1)( u n1) n(n1) iSn(n1)
其中 Gii —自电导,等于接在结点 i 上所有支路的电导之和 (包括电压源与电阻串联支路)。总为正。
Rk k:自电阻(为正) + : 流过互阻的两个回路电流方向相同
Rj k:互电阻
- : 流过互阻的两个回路电流方向相反 0 : 无关
例1 用回路电流法求解电流 i
解 独立回路有三个,选网孔为独立回路:
( RS R1 R4 )i1 R1i2 R4i3 U S
R1i1 ( R1 R2 R5 )i2 R5i3 0
列写方程
回路电流法是对独立回路列写KVL方程,方程数为:
b (n 1)
与支路电流法相比, 方程数减少n-1个。
2. 方程的列写
i1 R1
+ uS1

a
i2
il1
R2 +
il2
uS2

b
回路1: R1i1 R2i2 uS2 uS1 0 回路2: R2i2 R3i3 uS2 0
i3
R3 R1il1 R2 (il2 il1 ) uS2 uS1 0 R2 (il2 il1 ) R3il2 uS2 0
2. 独立方程的列写
(1)从电路的n个结点中任意选择n-1个结点列写KCL方程 (2)选择基本回路列写 b-(n-1) 个KVL方程
支路电流法的一般步骤
(1) 标定各支路电流(电压)的参考方向; (2) 选定(n–1)个节点,列写其KCL方程; (3) 选定b–(n–1)个独立回路,列写其KVL方程; (4) 求解上述方程,得到b个支路电流; (5) 进一步计算支路电压和功率。

uS

整理,得:
3
un1 R1
un1 un2 R2
iS1 iS6
i5 un1 un2 un2 un3 un2 0
R2
R3
R4
un2 un3 R3
un3 uS R5
iS6
(
1 R1
1 R2
)
un1
1 R2
un2
iS1
iS6
1
111
1
R2
un1
( R2
R3
) R4
un2
R3
un3
3
i1
2
i4 R5 i5
R1
R4
+
u_S
把支路电流用结点电压表示:
un1 R1
un1 un2 R2
iS1 iS6
un1 un2 un2 un3 un2 0
R2
R3
R4
un2 un3 R3
un3 uS R5
iS6
iS6
1 i2 R2
i3 R3
iS1
i1
R1
2 i4 R5
R4
0
1 R3
un2
1 (
R3
1 R5
)
un3
iS6
uS R5
等效电 流源
(
1 R1
1 R2
)
un1
1 R2
un2
iS1
iS6
1
111
1
R2
un1
( R2
R3
R4
)
un2
R3
un3
0
1 R3
un2
( 1 R3
1 R5
)
un3
iS6
uS R5
令 Gk=1/Rk,k=1, 2, 3, 4, 5 上式简记为:
R4i1 R5i2 (R3 R4 R5 )i3 0
i i2 i3
RS +
i1
R1
i2
R5
R2
i
注意
(1)不含受控源的线性网络
US _
R4
i3
R3
Rj k= Rk j , 系数矩阵为对称阵。 (2)当网孔电流均取顺(或逆时
针方向时,Rj k均为负。
回路法的一般步骤 (1) 选定l = b- (n-1) 个独立回路,并标出回路电流方向;
Gij = Gji —互电导,等于接在结点 i 与结点 j 之间的所支路 的电导之和,总为负。
iSni — 流入结点i的所有电源电流的代数和(包括电压源 与电阻串联支路等效的电流源)。
当电路不含受控源时,系数矩阵为对称阵。
结点法列方程的一般步骤:
(1) 选定参考结点,标定n-1个独立结点;
(2) 对n-1个独立结点,以结点电压为未知量, 列写其KCL方程;
i4 (6 2 12 4) / 6 2A
I 2 3 2 3A
U 2i4 4 8V
P 4 i4 8W (吸收)
例 求电路中电压U,电流 I 和电压源产生的功率。
i2 2A
i1
1
3 i3

U i4
2 +
2A I
3A -
4V

解 i1 2 A
i2 2A 4i3 3i1 i2 U 2i4 U 4 i4 i3 3A
整理得:
a
(R1 R2 )il1 R2il 2 uS1 uS2 R2il1 (R2 R3 )il2 uS2
i1 R1
+ uS1
i2
il1
R2 +
uS2
il2
i3 R3


b
R11 R1 R2 回路1当的两自个电回阻路。电等流于流自回过电路某1阻中电总所阻为有时电,正阻若之两和回。
G11 un1 G12un2 G13un3 iSn1 G21 un1 G22un2 G23un3 iSn2 G31 un1 G32un2 G33un3 iSn3
标准形式的结点 电压方程
iS6
1 i2 R2
i3 R3
3
iS1
i1
R1
2 i4 R5 i5
R4

uS

G11 G1 G2 G22 G2 G3 G4 G33 G3 G5 G12 G21 G2 G23 G32 G3 G13 G31 0
由此得标准形式的方程: R11il1 R12il2 uSl1 R21il1 R22il 2 uSl 2
对于具有 l = b- (n-1) 个回路的电路,有: R11il1 R12il 2 R1l il l uSl1 R21il1 R22il 2 R2l il l uSl 2 Rl1il1 Rl 2il 2 Rl l il l uSl l
R22 R2 R3 回路2路的电自流电参阻考。方等向于对回该路电2中阻所来有说电是阻一之致和的。, R12 R21 R2 回则路互1、电回阻路取2正之值间,的否互则电取阻负。值。
uSl1 uS1 uS 2 回按路回1路中电所流有方电向源,电若压为的电代压数降和。 uSl 2 uS 2 回路2中取所负有号电,源若电为压电的压代升数取和正。号。
复杂电路的一般分析法就是根据KCL、KVL及元件电压 和电流关系列方程、解方程。根据列方程时所选变量的不同 可分为支路电流法、回路电流法和结点电压法。
3.1支路电流法(Branch Current Method)
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